(57)【要約】【課題】燃料増量によるオイルダイリューションや燃費悪化を抑制しつつ迅速に空燃比をリッチ化し、ＮＯｘの再生・還元を効果的に行う。【解決手段】リッチガス供給イベントが発生したとき、スロットル弁、ＥＧＲ弁、可変ノズル式ターボ過給機のベーン開度の何れかを制御して筒内酸素量を低下させると共に通常制御の噴射パターンにポスト噴射を追加する。これにより、空気系の応答遅れに対して迅速にリッチガスを生成し、空燃比切り換えによるトルクショックの発生を回避しつつＮＯｘが十分に還元浄化されるように制御する。ポスト噴射の噴射時期・基本量は、目標アフター噴射の噴射時期・噴射量に収束するよう徐変させ、パイロット、メイン噴射の噴射時期・噴射量も目標噴射パターンに収束するように徐変させる。そして、空気系の制御と対応する目標噴射パターンでリッチ状態を維持することで、ＮＯｘの再生・還元を効果的に行うことができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に、排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを排気の空燃比がリッチのときに放出するＮＯｘ吸蔵還元型触媒を有するエンジンの排気浄化装置において、
エンジンの空気量を制御して排気の空燃比をリッチ化する第１のリッチ化制御部と、
エンジンの燃料量を制御して排気の空燃比をリッチ化する第２のリッチ化制御部と
を備え、
上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が吸蔵したＮＯｘを放出させて還元浄化する際に、
上記第１のリッチ化制御部によるリッチ化制御と上記第２のリッチ化制御部によるリッチ化制御とを同時に開始させ、リッチ化制御開始後所定期間内における排気中の酸素濃度を、上記第２のリッチ化制御部によるリッチ化制御で低下させる
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記第２のリッチ化制御部によるリッチ化制御で排気中の酸素濃度を低下させた後、上記第１のリッチ化制御部によるリッチ化制御を主として排気中の酸素濃度を目標値に収束させる
ことを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
上記第１のリッチ化制御部は、スロットル開度、排気還流量、及び可変ノズル式ターボ過給機のベーン開度のいずれかを制御して筒内酸素量を低減させるリッチ化制御を実行し、
上記第２のリッチ化制御部は、燃焼に寄与しないタイミングでの無効燃料の噴射によるリッチ化制御を実行する
ことを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
上記第２のリッチ化制御部は、上記無効燃料の噴射量を、エンジン運転状態に基づく基本量と、排気の空燃比を目標空燃比に収束させるための補正量とにより制御することを特徴とする請求項３記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
上記第１のリッチ化制御部は、上記スロットル開度、上記排気還流量、上記可変ノズル式ターボ過
給機のベーン開度を、リッチ化制御時の目標値となるように制御することを特徴とする請求項３記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
上記第２のリッチ化制御部は、上記基本量がリッチ化制御時の目標噴射量に収束するよう所定の徐変量で徐々に変化させることを特徴とする請求項４記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
上記徐変量を、上記スロットル開度、上記排気還流弁開度、上記可変ノズル式ターボ過給機のベーン開度の制御による筒内酸素量の応答遅れを考慮して算出することを特徴とする請求項６記載のエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を配設して排気中のＮＯｘを浄化するエンジンの排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンの排ガス後処理システムにおいては、窒素酸化物（ＮＯｘ）に対する触媒として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が知られている。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、触媒内でＮＯｘが吸蔵されて飽和状態になる以前に、ＮＯｘの還元剤となるリッチガス(ＨＣ，ＣＯ)を供給し、ＮＯｘの再生・還元を行う必要がある。
【０００３】
このため、特許文献１には、触媒にトラップされたＮＯｘの再生・還元を行うための空燃比のリッチ化に関する先行技術が提案されている。この先行技術では、触媒温度が高いときには、ＥＧＲ弁の開度を制御して空燃比をリッチ化し、一方、触媒温度が低いときには、ＥＧＲを中止してスロットル弁で吸気を絞ることにより、空燃比をリッチ化するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２０１８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒にリッチガスを供給する初期の段階では、再生するＮＯｘ量が多いことから、ＥＧＲや吸気絞りでは空燃比を速やかにリッチ化することができず、ＮＯｘを十分に還元することはできない。
【０００６】
このため、燃焼に寄与しないタイミングでの燃料噴射（ポスト噴射）を追加して空燃比をリッチ化する技術が知られているが、ポスト噴射では、燃料によるオイルダイリューション、燃費悪化といった問題が生じる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、燃料増量によるオイルダイリューションや燃費悪化を抑制しつつ迅速に空燃比をリッチ化し、ＮＯｘの再生・還元を効果的に行うことのできるエンジンの排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明によるエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気通路に、排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを排気の空燃比がリッチのときに放出するＮＯｘ吸蔵還元型触媒を有するエンジンの排気浄化装置において、エンジンの空気量を制御して排気の空燃比をリッチ化する第１のリッチ化制御部と、エンジンの燃料量を制御して排気の空燃比をリッチ化する第２のリッチ化制御部とを備え、上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が吸蔵したＮＯｘを放出させて還元浄化する際に、上記第１のリッチ化制御部によるリッチ化制御と上記第２のリッチ化制御部によるリッチ化制御とを同時に開始させ、リッチ化制御開始後所定期間内における排気中の酸素濃度を、上記第２のリッチ化制御部によるリッチ化制御で低下させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃料増量によるオイルダイリューションや燃費悪化を抑制しつつ、迅速に空燃比をリッチ化することができ、ＮＯｘの再生・還元を効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】エンジン制御系の構成図
【図２】リッチ化制御に係る機能ブロック図
【図３】通常制御とリッチ化制御との制御状態の変化を示す説明図
【図４】リッチ化制御のメインルーチンを示すフローチャート
【図５】リッチガス生成制御サブルーチンを示すフローチャート
【図６】通常制御移行過渡制御サブルーチンを示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。  
図１において、符号１はエンジンであり、本実施の形態においては、ディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」と記載する）である。このエンジン１の燃焼室２に、吸気弁３，排気弁４を介して吸気通路５，排気通路６が連通されている。吸気通路５の上流側には吸気チャンバ４０が形成され、この吸気チャンバ４０の上流に、スロットル弁１０が介装されている。吸気チャンバ４０には、スロットル弁１０下流の空気圧を絶対圧で検出する吸気圧センサ３７、が臨まされている。
【００１２】
スロットル弁１０は、電子制御装置（ＥＣＵ５０）からの制御信号によってスロットル弁１０の開度を調整し、吸気量（新気量）を制御する吸気アクチュエータ１１に連設されている。また、スロットル弁１０の上流側には、インタークーラ１２が介装され、このインタークーラ１２の上流側に、ターボ過給機１３のコンプレッサ１３ａが介装されている。更に、ターボ過給機１３のコンプレッサ１３ａ上流側には、エアクリーナ１４が介装され、このエアクリーナ１４の下流側に、吸気温を検出する吸気温センサ１５を内蔵する吸入空気量センサ１６が介装されている。
【００１３】
一方、エンジン１の排気通路６には、ターボ過給機１３のタービン１３ｂが介装され、タービン１３ｂ上流側の排気通路６が排気ガス還流（ＥＧＲ）通路１７を介してスロットル弁１０下流側の吸気通路５にバイパス接続されている。ＥＧＲ通路１７には、ＥＣＵ５０からの制御信号によってＥＧＲ量を制御するＥＧＲ弁１８と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１９とが介装されている。
【００１４】
ターボ過給機１３は、本実施の形態においては、周知の可変ノズル式ターボ過給機（Variable Geometory Turbosupercharger：ＶＧＴ）であり、タービン１３ｂの周囲に設けられた可変ノズルのベーンがリンク機構（図示せず）を介して負圧作動式のアクチュエータ２０に連設されている。アクチュエータ２０の圧力導入管には、ＥＣＵ５０によって制御される負圧制御電磁弁２１が接続されており、図示しない負圧源からの負圧が負圧制御電磁弁２１で調圧されてアクチュエータ２０に導入される。
【００１５】
これにより、ターボ過給機１３の可変ノズルのベーン開度が可変されてタービン１３ｂに吹き付けられる排気ガスの流速が調整され、タービン回転数が可変されて過給圧が制御される。すなわち、アクチュエータ２０の動作により、可変ノズルのベーン開度が閉方向へ変化すると、排気ガス流速が速くなり、過給圧が上昇する。逆にベーン開度が開方向へ変化すると、排気ガス流速が遅くなり、過給圧が低下する。
【００１６】
タービン１３ｂ下流側の排気通路６は、主として排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）と一酸化炭素（ＣＯ）を触媒反応により酸化させるディーゼル用酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst;DOC）２２に連通されている。ＤＯＣ２２は、例えばコーディエライトハニカム構造体等よりなるセラミック製担体の表面に、白金、パラジウム等の貴金属やアルミナ等の金属酸化物を担持して形成されている。
【００１７】
また、ＤＯＣ２２の下流側には、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒（Lean NOx Trap catalyst;LNT）２３が配設されている。ＬＮＴ２３は、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類等のＮＯｘ吸蔵物質と白金等の貴金属とをアルミナ等の担体上に担持させてなり、ＮＯｘ及びＯ2のストレージ機能により、排気ガスの酸素濃度が高いとき、ＨＣ，ＣＯを酸化還元すると共にＮＯｘを吸蔵する。そして、排気ガス中の酸素濃度が低下すると、吸蔵したＮＯｘを放出し、酸化還元されずに余剰となったＨＣ，ＣＯでＮＯｘを還元浄化する。
【００１８】
更に、ＬＮＴ２３の下流側に、排気ガス中の煤やカーボンスート（Ｓｏｏｔ），可溶性有機成分（Soluble Organic Fraction;SOF），サルフェート（sulfate;SO4）等の粒子状物質（Particulate Matter;PM）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter;DPF）２４が配設されている。ＤＰＦ２４は、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、ガス流路となる多数のセルを入口側又は出口側が互い違いとなるように目封じして形成されている。
【００１９】
タービン１３ｂを通過した排気は、ＤＯＣ２２，ＬＮＴ２３を通過する際に所定に浄化され、更に、ＤＰＦ２４の多孔性の隔壁を通過しながら下流側へ流れ、その間、排気ガス中のＰＭが捕集・堆積され、浄化された排気ガスが排気マフラ（図示せず）を経て排出される。
【００２０】
このようなＤＯＣ２２，ＬＮＴ２３，ＤＰＦ２４には、排気ガスの状態を検出するためのセンサ類が配設されている。すなわち、ＤＯＣ２２の上流側に、ＤＯＣ２２に流入する排気ガスの温度を検出する温度センサ４１が臨まされ、ＤＯＣ２２とＬＮＴ２３との間に、排気ガスの空燃比を検出するリニア空燃比センサ４２が臨まされている。また、ＬＮＴ２３とＤＰＦ２４の間に、排気ガスの温度を検出する温度センサ４３と、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ４４とが臨まされ、更に、ＤＰＦ２４の上下流に、ＤＰＦ２４の入口圧力と出口圧力との差圧を検出する差圧センサ４５が配設されている。
【００２１】
次に、エンジン１の燃料噴射系について説明する。このエンジン１は、周知のコモンレール式燃料噴射システムを採用しており、燃焼室２に、ＥＣＵ５０によって制御されるインジェクタ２５が臨まされている。また、燃焼室２のインジェクタ２５の噴射ノズル近傍には、グローコントローラ２７によって通電が制御されるグロープラグ２６が臨まされている。
【００２２】
インジェクタ２５は、各気筒に分岐配管される燃料配管２８を介してコモンレール２９に接続されており、コモンレール２９には、図示しない燃料タンクから燃料を吸い上げて加圧するサプライポンプ３０が接続されている。そして、サプライポンプ３０によって高圧に昇圧された燃料がコモンレール２９に蓄圧され、各気筒への燃料配管２８を介して各気筒のインジェクタ２５に高圧燃料が供給される。
【００２３】
サプライポンプ３０は、例えばインナカム式の圧送系と電磁弁による吸入量の調量方式を備えるものであり、吸入量を調整する吸入調量電磁弁３１、燃料温度を検出する燃料温度センサ３２が本体内に組込まれている。サプライポンプ３０の燃料温度センサ３２からの信号は、コモンレール２９内の燃料圧力（レール圧）を検出する燃料圧力センサ３３からの信号と共にＥＣＵ５０に入力され、他のセンサ類からの信号と共に処理される。そして、ＥＣＵ５０により、サプライポンプ３０の吐出圧すなわちコモンレール２９の燃料圧力が、例えばエンジン回転数と負荷とに応じた最適値に、吸入調量電磁弁３１を介してフィードバック制御される。
【００２４】
次に、ＥＣＵ５０を中心とする電子制御系について説明する。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏインターフェイス等からなるマイクロコンピュータを中心として、その他、Ａ／Ｄ変換器、タイマ、カウンタ、各種ロジック回路等の周辺回路を含んで構成されている。
【００２５】
ＥＣＵ５０には、吸気温センサ１５、吸入空気量センサ１６、燃料温度センサ３２、燃料圧力センサ３３、エンジン１の冷却水通路に臨まされて冷却水温を検出する水温センサ３４、クランク軸１ａの回転位置を検出するクランク角センサ３５、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルペダルセンサ３６、吸気チャンバ４０に臨まされている吸気圧センサ３７、大気圧を検出する大気圧センサ３８、排気系に介装された各センサ（温度センサ４１，４３、リニア空燃比センサ４２、ＮＯｘセンサ４４、差圧センサ４５）、その他、図示しない各種センサ類やスイッチ類からの信号が入力される。
【００２６】
尚、ＥＣＵ５０は、更に、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信プロトコルに基づく車内ネットワーク（図示せず）に接続されている。この車内ネットワークには、ＥＣＵ５０の他、変速機を制御するトランスミッションＥＣＵ、ブレーキを制御するブレーキＥＣＵ等の複数のＥＣＵが接続されており、互いにデータを送受信して各種情報を共有する。
【００２７】
ＥＣＵ５０は、エンジン運転状態を検出する上述の各種センサ類からの信号、車内ネットワークを介して入力される各種制御情報に基づいて、燃料圧力制御、燃料噴射制御、吸気制御、過給圧制御、ＥＧＲ制御等の各種エンジン制御を実行し、エンジン１の運転状態を最適状態に維持する。
【００２８】
このエンジン制御においては、通常走行時、クランク角センサ３５からの信号に基づくエンジン回転数とアクセルペダルセンサ３６からの信号に基づくアクセル開度とに応じて、マップ参照等により燃料噴射量や噴射時期を決定し、ピストン上死点前後の多段噴射のパターン（例えば、パイロット噴射→プレ噴射→メイン噴射→アフター噴射のパターン）でインジェクタ２５から高圧燃料を噴射させ、燃焼安定化及び排気エミッションの低減を図っている。
【００２９】
また、ＥＣＵ５０は、通常のエンジン制御に対して、所定のタイミングで排気空燃比を意図的にリッチ化してＬＮＴ２３にリッチガスを供給し、ＬＮＴ２３でのＮＯｘ，ＳＯｘの再生・還元が効果的に行えるよう制御する。リッチガスの供給は、基本的には、通常の噴射パターンにおけるアフター噴射の後の追加的なポスト噴射を主とするが、ポスト噴射はリッチガスを供給する初期の段階のみに限定し、以降はＥＧＲ弁１８、スロットル弁１０、可変ノズル式ターボ過給機１３のベーン開度の制御によって筒内酸素量をコントロールすることで、ポスト噴射に依存することなくリッチガスを供給可能とする。
【００３０】
このため、ＥＣＵ５０は、リッチ化制御に係る機能として、図２に示すように、リッチ化制御の実行／停止を判定するリッチ化判定部５１、空気量制限に基づくリッチ化制御を行う第１リッチ化制御部５２、燃料増量に基づくリッチ化制御を行う第２リッチ化制御部５３を主として備えている。
【００３１】
リッチ化判定部５１は、ＬＮＴ２３にリッチガスを供給するリッチ化制御の実行／停止を判定し、第１リッチ化制御部５２，第２リッチ化制御部５３にリッチ化制御の実行を指示する。本実施の形態においては、リッチ化制御の実行／停止は、リアルタイム制御におけるイベントの発生として扱い、リッチガスを供給するイベントの発生条件が成立したとき、リッチガス供給イベントを発令して通常制御からリッチ化制御に移行させ、リッチガス供給を停止するイベントの発生条件が成立したとき、リッチガス停止イベントを発令してリッチ化制御から通常制御に移行（復帰）させる。
【００３２】
リッチガス生成イベントは、以下の（Ａ）に示す条件が成立したとき発令される。  
（Ａ）ＮＯｘ吸蔵量＞設定閾値（上限側）
この場合、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯＸabsorbは、ＮＯｘ排出量ＮＯＸexh、トラップ率ＮＯＸtrap、ＮＯｘ再生量ＮＯＸregenを用いて、以下の（１）式によって求めることができる。尚、以下の式において、添字(n)は、今回の演算サイクルでの値、(n-1)は、前回の演算サイクルでの値を示す。  
ＮＯＸabsorb(n)＝ＮＯＸabsorb(n-1) + (ＮＯＸexh × ＮＯＸtrap − ＮＯＸregen)  …（１）
【００３３】
但し、ＮＯｘ排出量、トラップ率、ＮＯｘ再生量は、それぞれ、以下のパラメータに依存するマップ値として算出される。  
・ＮＯｘ排出量：エンジン回転数、燃料噴射量、吸気圧、吸入空気量、ＥＧＲ量、吸気温度、水温の何れかをパラメータとするマップ値
・トラップ率：前回のＮＯｘ吸蔵量ＮＯＸabsorb(n-1)、ＳＯｘ吸蔵量ＳＯＸabsorb(n-1)、空燃比、触媒温度、触媒劣化指標の何れかをパラメータとするマップ値
・ＮＯｘ再生量：触媒温度、空燃比の何れかをパラメータとするマップ値
【００３４】
ここで、触媒劣化指標は、走行距離、触媒温度履歴、総燃料噴射量の何れかに基づいて算出することができる。また、ＳＯｘ吸蔵量ＳＯＸabsorb(n)は、ＳＯｘ排出量ＳＯＸexh（燃料噴射量に基づく値）、トラップ率ＳＯＸtrap(前回のＮＯｘ吸蔵量ＮＯＸabsorb(n-1)、ＳＯｘ吸蔵量ＳＯＸabsorb(n-1)、空燃比、触媒温度、触媒劣化指標の何れかをパラメータとするマップ値)、ＳＯｘ再生量ＳＯＸregen（触媒温度、空燃比の何れかをパラメータとするマップ値）を用いて、以下の（２）式により算出することができる。  
ＳＯＸabsorb(n)＝ＳＯＸabsorb(n-1) + (ＳＯＸexh × ＳＯＸtrap − ＳＯＸregen)  …（２）
【００３５】
一方、リッチガス停止イベントは、以下の（Ｂ１）〜（Ｂ３）に示す条件の何れかが成立したとき、発令される。  
（Ｂ１）リッチイベント発令後経過時間＞設定閾値
（Ｂ２）ＮＯｘ吸蔵量＜設定閾値（下限側）
（Ｂ３）（エンジン回転数＞設定閾値）且つ（燃料噴射量＞設定閾値）
【００３６】
第１リッチ化制御部５２は、図３に示すように、リッチ化判定部５１からリッチガス供給イベントの発生を通知されたとき、空気系制御デバイスであるスロットル弁１０、ＥＧＲ弁１８、可変ノズル式ターボ過給機１３のベーン開度の何れかを制御して筒内酸素量を低下させ、ＬＮＴ２３にリッチガスを供給するよう制御する。
【００３７】
具体的には、アクセル開度を参照して算出されるドライバー要求トルクとエンジン回転数を軸とする各マップを用いて、スロットル開度、ＥＧＲ弁開度、ベーン開度の目標値を設定し、これらの目標値に収束するよう各制御デバイスを制御する。これら目標値は、排気空燃比リッチ化時にドライバー要求トルクを発生するに必要な筒内酸素量となるように設定されている。
【００３８】
また、第１リッチ化制御部５２は、リッチ化判定部５１からリッチガス停止イベントの発生を通知されたときには、空気系の各制御デバイスに対する制御目標値を、通常制御時の目標値に再設定する。そして、この通常制御時の目標値に収束するよう各制御デバイスを制御し、筒内酸素量を通常制御時の値に戻す。
【００３９】
上記の目標値に収束させる制御は、目標値（目標スロットル開度、目標ＥＧＲ弁開度、目標ベーン開度）と実値（実スロットル開度、実ＥＧＲ弁開度、実ベーン開度）との偏差に基づいて設定される徐変量を用いたオープン制御であり、この徐変量によって目標値に徐々に収束していくよう制御する。
【００４０】
一方、第２リッチ化制御部５３は、リッチ化判定部５１からリッチガス供給イベントの発生を通知されたとき、パイロット（ｐｉｌｏｔ）噴射→プレ（ｐｒｅ）噴射→メイン（ｍａｉｎ）噴射→アフター（ａｆｔｅｒ）噴射の通常制御の噴射パターンに対して、トルクに寄与しないポスト（ｐｏｓｔ）噴射を追加して燃料を直ちに増量させ、迅速にリッチガスを生成する。尚、以下の説明では便宜上、パイロット及びプレ噴射をパイロット噴射で代表して記載する。
【００４１】
すなわち、ＬＮＴ２３にリッチガスを供給する初期の段階では、再生するＮＯｘ量が多く、第１リッチ化制御部５２による空気量の制限によって空燃比がリッチ化するまでには応答遅れがある。このため、第２リッチ化制御部５３は、図３に示すように、リッチガス供給イベントの発生と同時にポスト噴射を追加することでリッチガスを迅速にＬＮＴ２３に供給し、リーン←→リッチの切り換えによるトルクショックの発生を回避しつつ、ＬＮＴ２３から放出されるＮＯｘが十分に還元浄化されるように制御する。
【００４２】
ポスト噴射の噴射量は、ドライバー要求トルクとエンジン回転数とのマップから算出される基本量に、目標空燃比λ（リッチ化制御中）へのＰＩＤ制御のための補正量を加算した値に設定される。リッチ化制御中の目標空燃比λは、ドライバー要求トルクとエンジン回転数とのマップから算出される。また、このとき、リッチ化制御における目標噴射パターン（パイロット噴射、メイン噴射、アフター噴射の噴射量及び噴射時期）もドライバー要求トルクとエンジン回転数とのマップから算出される。
【００４３】
第２リッチ化制御部５３は、リッチガス供給イベントの発生により、基本量及び補正量からなるポスト噴射を追加した後、図３に示すように、ポスト噴射の噴射時期・基本量を、目標アフター噴射の噴射時期・噴射量に収束するように徐々に変化させる。また、パイロット、メイン噴射の噴射時期・噴射量も目標噴射パターンに収束するように徐々に変化させる。この目標噴射パターンの噴射時期及び噴射量に収束させることで、目標空燃比λ及びドライバー要求トルクとなるように設定されている。
【００４４】
目標噴射パターンへ収束させるための噴射時期・噴射量の徐変量は、上述のスロットル開度、ＥＧＲ弁開度、ベーン開度のオープン制御による筒内酸素量低減の時間遅れ、及び目標噴射時期・目標噴射量と実噴射時期・実噴射量との偏差を参照して算出する。この目標噴射パターンへの収束により、当初の基本量及び補正量からなるポスト噴射は、その基本量分がアフター噴射のタイミング及び噴射量にシフトされて補正量分のみとなる。このときのポスト噴射の噴射量は、目標空燃比λへのフィードバックをＰＩＤ制御によって補正するための僅かな燃料分である。従って、以後は、第１リッチ化制御部５２による空気系の制御デバイスを介した筒内酸素量の制御と、これに対応した目標噴射パターンでの燃料量によって排気空燃比のリッチ化が維持される。
【００４５】
また、第２リッチ化制御部５３は、以上のリッチ化制御に対して、リッチガス停止イベントの発生が通知されると、リッチ化制御から通常制御への移行制御を実施する。この移行制御では、先ず、リッチガス停止イベントの発生と同時に、ポスト噴射をゼロにリセットし、続いて、パイロット，メイン，アフター噴射の各噴射時期及び噴射量を、通常制御時の目標噴射時期及び目標噴射量に収束するよう徐々に変化させる。このときの徐変量は、スロットル開度、ＥＧＲ弁開度、及びベーン開度の徐変による筒内酸素応答遅れ、及び通常制御時の目標噴射時期・目標噴射量と実噴射時期・実噴射量との偏差を参照して算出する。
【００４６】
次に、ＥＣＵ５０によるリッチ化制御に係るプログラム処理について、図４〜図６のフローチャートを用いて説明する。
【００４７】
先ず、図４のフローチャートに示すリッチ化制御のメインルーチンについて説明する。このメインルーチンでは、最初のステップＳ１でイニシャル処理を実行し、リッチガスの供給を指示するリッチガス供給フラグＦ１、リッチガスの供給を停止して通常制御への移行を指示する通常制御移行過渡フラグＦ２を、それぞれ０に初期化する。次いで、ステップＳ２へ進み、イベント発生条件が成立するか否かを調べ、条件成立の場合、リッチガス生成イベント或いはリッチガス停止イベントを発令する。
【００４８】
続くステップＳ３では、リッチガス生成イベントが発生しているか否かを判定する。判定結果が真（Ｔ）の場合、ステップＳ４へ進んでリッチガス供給フラグＦ１に１をセットし、ステップＳ５へ進む。一方、判定結果が偽（Ｆ）の場合には、ステップＳ３からステップＳ５へジャンプする。
【００４９】
ステップＳ５は、リッチガス停止イベントの発生を判定するステップであり、判定結果が真（Ｔ）の場合、ステップＳ６へ進んでリッチガス供給フラグＦ１を０にクリアすると共に、通常制御移行過渡フラグＦ２に１をセットし、ステップＳ７へ進む。一方、判定結果が偽（Ｆ）の場合には、ステップＳ５からステップＳ７へジャンプする。
【００５０】
ステップＳ７では、リッチガス供給フラグＦ１を参照し、Ｆ１＝１か否かを判定する。その結果、Ｆ１＝１の場合、すなわち、リッチガス生成イベントが発生し、未だリッチガス停止イベントが発生していない場合には、ステップＳ７からステップＳ７＿１へ進んで後述する図５のリッチガス生成制御サブルーチンを実行する。そして、ステップＳ２へ戻り、次のイベント発令に備える。
【００５１】
一方、ステップＳ７においてＦ１＝０の場合、すなわち、リッチガス停止イベントが発生している場合には、ステップＳ７からステップＳ８へ進んで通常制御移行過渡フラグＦ２がＦ２＝１であるか否かを判定する。これは、リッチガス停止イベントの発生によってリッチガスの供給を停止してから、通常制御への移行が完了しているか否かを判定するためである。
【００５２】
その結果、通常制御移行過渡フラグＦ２がＦ２＝０であり、ステップＳ８の判定結果が偽（Ｆ）の場合、すなわち、既にリッチガス生成制御から通常制御への移行が完了している場合には、ステップＳ８からステップＳ９ヘ進む。ステップＳ９では、通常制御を実行し、ステップＳ２で次のイベント発令に備える。
【００５３】
一方、通常制御移行過渡フラグＦ２がＦ２＝１であり、ステップＳ８の判定結果が真（Ｔ）の場合には、ステップＳ８からステップＳ８＿１へ進み、後述する図６の通常制御移行過渡制御サブルーチンを実行する。通常制御移行過渡制御の実行後は、ステップＳ８−２において、通常制御移行過渡制御の終了条件が成立するか否かを判定する。
【００５４】
通常制御移行過渡制御の終了判定は、通常制御移行過渡制御における各パラメータの実値と目標値との差分を所定の閾値と比較し、各差分が閾値以下に収束した場合、通常制御移行過渡制御の終了と判定する。そして、ステップＳ８＿２で終了判定の結果、偽（Ｆ）の場合には、ステップＳ２での次のイベント発令に備え、真（Ｔ）の場合、ステップＳ８＿３で通常制御移行過渡フラグＦ２を０にクリアしてステップＳ２へ戻る。
【００５５】
次に、以上のリッチ化制御のメインルーチンのステップＳ７−１におけるリッチガス生成制御について、図５のフローチャートを用いて説明する。
【００５６】
リッチガス生成制御サブルーチンは、最初のステップＳ１０１、１０２において、アクセル開度を参照して算出されるドライバー要求トルクとエンジン回転数から燃料噴射量、燃料噴射時期、空気系制御量の目標値と、これら目標値への徐変量を算出する。燃料噴射に関しては、通常制御の噴射パターンにポスト噴射を追加し、このポスト噴射の噴射時期・噴射量の目標値及び徐変量も算出する。次に、ステップＳ１０３へ進み、先に算出した徐変量で徐変させた制御値を算出する。
【００５７】
その結果、空気系の制御デバイスによる制御（スロットル開度、ＥＧＲ弁開度、及びベーン開度の目標値へのオープン制御）を開始すると共に、ドライバー要求トルクとエンジン回転数とのマップから算出される基本量に、目標空燃比λへのＰＩＤ制御のための補正量を加算したポスト噴射を実行し、速やかにリッチガスを生成する。ポスト噴射を実行した後は、図３に示すように、筒内酸素低減速度に同期してポスト噴射の噴射時期・基本量を、目標アフター噴射の噴射時期・噴射量に収束するように徐々に変化させ、また、パイロット、メイン噴射の噴射時期・噴射量も目標噴射パターンに収束するように徐々に変化させる。
【００５８】
その後、ステップＳ１０４へ進み、リッチガス生成運転の収束判定を行う。この収束判定は、メイン噴射の噴射量・噴射時期が目標の噴射時期・噴射量に対して設定範囲内に入ったとき収束と判定し、ポスト噴射の徐変を停止して補正量による目標空燃比λへの制御を行う。
【００５９】
以上のリッチガス生成制御は、リッチガス停止イベントの発生により、通常制御に移行する。次に、リッチ化制御のメインルーチンのステップＳ８＿１における通常制御移行過渡制御について、図６のフローチャートを用いて説明する。
【００６０】
通常制御移行過渡制御サブルーチンは、最初のステップＳ２０１において、ポスト噴射を停止し、ステップＳ２０２、２０３で、燃料噴射量、燃料噴射時期、空気系制御量の目標値と、これら目標値への徐変量を算出する。次に、ステップＳ２０４で、先に算出した徐変量で徐変させた制御値を算出する。
【００６１】
その結果、リッチ化制御時の空気系の制御デバイスに対する制御量（スロットル開度、ＥＧＲ弁開度、ベーン開度）を、通常制御時の目標値に収束するよう、先に算出した徐変量で徐々に変化させると共に、リッチ化制御時の噴射パターン（噴射時期・噴射量）を、通常制御時の目標噴射パターンに収束するように、先に算出した徐変量で徐々に変化させる。このときの噴射パターンは、空気系の応答遅れを考慮して徐変され、図３に示すように、筒内酸素増加速度と同期する。
【００６２】
以上のように本実施の形態においては、ＬＮＴ２３に吸蔵されたＮＯｘを放出させて還元浄化する際、スロットル開度、ＥＧＲ弁開度、ベーン開度の空気系の制御によるリッチ化制御と、燃焼に寄与しない追加的なポスト噴射によるリッチ化制御とを同時に開始させ、初期の段階でポスト噴射により迅速にリッチガスを供給し、以後は、空気系の制御を主として筒内酸素量をコントロールする。
【００６３】
これにより、再生するＮＯｘ量が多い初期の段階で、効果的にＮＯｘの再生・還元を行うことができ、また、リーン空燃比で運転されている通常のエンジン運転状態とリッチ空燃比での運転状態との切り換えに伴うトルクショックを回避しつつ、リッチガスの供給によるオイルダイリューションの発発生及び燃費悪化を最小限に抑制することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１    エンジン
２３  ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
５０  電子制御装置
５１  リッチ化判定部
５２  第１リッチ化制御部
５３  第２リッチ化制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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